Устройство для защиты импульсного преобразователя мостового типа

 

Изобретение относится к области автоматики и электротехники и может быть использовано при построении силовых импульсныхпреобразователей частотно-широтно-импульсных сигналов. Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит элементы НЕ 1 и 2, элементы ЗАПРЕТ 3-6, защищаемый преобразователь в виде моста на ключах 7-10 с датчиками 11-14 состояния ключей, нагрузку 15 и блок 16 защиты и диаг-( ностирования. Датчики состояния ключей выходами подключены к входам блока 16 защиты и диагностирования, содержащего логические элементы и элементы сигнализации, срабатывающие при обнаружении пробоя ключей. При этом на выходе блока 16 появляются сигналы, которые с помощью элементов ЗАПРЕТ 3-6 исключает подачу управляющих сигналов на ключи, а также посредством управляемого выключателя 27 снимают питающее напряжение с моста преобразователя. Устройство обеспечивает сохранение защитных функций при ряде собственных отказов. 6 ил. fke1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3855154/24-24 (22) 14.02.85 (46) 07,03.87. Бюл. В 9 (71) Челябинский политехнический и . ститут им. Ленинского комсомола (72) Л.И.Цытович, B,А.Дегтярев и Н.В.Поваров (53) 621,374,33 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 881930, кл. Н 02 Н 7/ 10, 1980.

Авторское свидетельство СССР к= 752603, кл. Н 02 Н 7/12, 1973. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ МОСТОВОГО ТИПА (57) Изобретение относится к области а в томат ики и эл ектро техн ики и ма же т быть использовано при построении силовых импульсных преобразователей частотно-широтно-импульсных сигналов.

Цель изобретения — повьппение надеж„„SU„„1295475 А 1 (gi) 4 Н 02 H 7/12, G 05 В 23/02 ности и расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит элементы НЕ 1 и 2, элементы

ЗАПРЕТ 3-6, защищаемый преобразователь в виде моста на ключах 7-10 с датчиками 11-14 состояния ключей, нагрузку 15 и блок 16 защиты и диаг-< ностирования. Датчики состояния ключей выходами подключены к входам блока 16 защиты и диагностирования, содержащего логические элементы и элементы сигнализации, срабатывающие при обнаружении пробоя ключей. При этом на выходе блока 16 появляются сигналы, которые с помощью элементов

ЗАПРЕТ 3-6 исключайт подачу управляю g щих сигналов на ключи, а также посредством управляемого выключателя 27 снимают питающее напряжение с моста преобразователя. Устройство обеспечи" вает сохранение защитных функций при ряде собственных отказов. 6 ил. l 2954 75

Изобретение относится к автоматике и электротехнике и может быть использовано при построении силовых импульсных преобразователей частотно-IUHpoTHo-Hìïóëüñíûê сигналов, 5

Цель изобретения — повышение надежности и расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения диагностирования отказавшей пары ключей в мосте преобразователя, 10

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг,2 — функциональная схема блока защиты и диагностирования на фиг.З и 4 — временные

Ф

il5 диаграммы работы устройства; на фиг.5 — вариант датчика состояния ключей для последовательного соединения с ключом; на фиг.6 — то же,, для параллельного соединения с

20 ключом, Ня схемах обозначены первый 1 и второй 2 элементы НЕ, элементы ЗАПРЕТ

3-6, клю--ги 7-10, датчики 11-14 состояния ключей, нагрузка 15, блок 16 защиты и диагностирования, информациогп"ые входы 17-20 блока 16, выходы

21-25 блока 16, блок 26 управ— ления ключами, управляемый выклю-. чатель 27, первый-четвертый эле-: менты ЗИЛИ 28-31, первый-третий элементы 2ИХИ 32-34, первый 35 и второй

36 триггеры, IIPpBbIA-÷åòâåðòbDI элементы 37-40 задержки, первый 41 и второй 42 светодиодные индикаторы, 35 переклю атель 43, первый 44 и второй 45 неподвижные контакты переключателя, импульсный трансформатор 46, первичная 47 и вторичная 48 обмотки трансформатора, перемагничивающая обмотка 49 трансформатора, резистор

50, конденсатор 51 операционный усилитель 52, транзистор 53„ импульсный трансформатор 54, первичная

55 и вторичная 56 обмотки трансформа- 45 тора, выходная вторичная обмотка 57 трансформатора, конденсатор 58, генератор 59 несущей частоты, выпрямитель

60, конденсатор 61 и элемент НЕ 62.

Кроме того, на диаграммах символов

Y (t)., Yд (t) и т.д, обозначены выходные сигналы элементов 1, 2 и др.

На фиг.1 обозначены также точки

А и Б в блоке 26 формирования управляющих сигналов на открытие и закрытие соответствующей пары ключей.

Датчики 11-14 состояния ключей формируют на выходе сигнал "Лог,1" при замыкании ключей 7-10 и сигнал 1Лог,0 при их переходе в разомкнутое состояние. Они могут быть реализованы на оптодиодных парах либо по схемам, представленным на фиг.5 и 6, и могут включаться в плечи моста (к контролируемому ключу) как последовательно, так и параллельно.

Устройство работает следующим образом, Нулевое значение сигналов Y (t) и

Y (t) в точках А и Б блока 26 обеспечивает сигнал "Лог.1".на выходе элементов НЕ 1 и 2 (фиг.1).

В дальнейшем полагаем, что ключи

7-10 замыкаются при формировании на их управляющих входах сигнала "Лог.1" и переходят в разомкнутое состояние при сигнале "Лог.О, управляемый выключатель 27 при подаче на его управляющий вход сигнала "Лог.1" размьгкается.

Если сигналы на выходах 21, 22, 24 и 25 равны нулю, то элементы 3AIIPET 3-6 работают в режиме повторителя входного сигнала.

При оговоренных условиях ключи

7 и 9 (фиг.1) находятся в разомкнутом состоянии, а ключи 8 и 10 замыкаются (сигналы на выходах 22 и 25 блока 16 равны "О") и напряжение на нагрузке 15 равно нулю, Наличие сигнала управления Y „(t) в точке А блока 26 (фиг.3a), имеющего вид широтно-импульсной модуляции, приводит к формированию на выходе элемента НЕ 1 сигнала Y, (t) (фиг.Зб), который по амплитуде равен уровню "1" в интервалах паузы между импульсами Уд (t) (фиг.За) .

В результате замкнутое состояние ключа 9 (фиг,Зж) соответствует длительности импульса Y (t) (фиг.3a), а продолжительиость замкнутого состояния ключа 10 (фиг.Зз) равна ширине импульса Y (t) (фиг.Зб).

При этом сигнал управления г (t) (фиг,Зв) в точке Б блока 26 равен уровню 0, а на выходе элемента

НЕ 2 соответствует уровню "1" (фиг.Зг7, Это приводит к тому, что ключ 8 постоянно находится в замкнутом состоянии (фиг.Зд), а ключ 7 — в разомкнутом (фиг.Зе), Таким образом, один из выводов нагрузки 15 преобразователя (фиг.1) постоянно через ключ 8 подключен к шине -U„, а второй вывод нагрузки 15 периодически подключается с помощью

1, 9 14 75 ключей 9 и 10 к шинам +П,„ и -И„ . При этом одновременное замыкание ключей

8 и 10 в паузах (подключение к обоим выводам нагрузки 15 -U„) обеспечивает непрерывное протекание тока при 5 индуктивной нагрузке. Это приводит к формированию на нагрузке 15 однотактных (однополярных) импульсов

У (t) с частотно-широтно-импульсной модуляцией (фиг.Зи), т.е, на нагрузя/ 10 ку подано определенное импульсное напряжение, например, положительной полярности.

При изменении управляющих сигналов в точках А и Б (T.å. когда

Y (t) равно "0", а Y (t) — широтноимпульсная модуляция) элементы 2, 5 и 6 работают аналогичным образом, а элементы 1, 3 и 4 переходят в статическое состояние. В этом случае

20 ключ 9 постоянно разомкнут, а ключ

10 находится в статически замкнутом положении. Напряжение на нагрузке 15 формируется за счет периодического переключения ключей 7 и 8 и меняет полярность по отношению к исходной.

Низкая надежность моста преобразователя обусловлена возможностью протекания через цепи ключей 7, 8 или 9, 10 сквозных токов короткого замыкания (при пробое одного из ключей) или тем, что момент размыкания ключа 8

I (10) запаздывает по отношению к мо— менту времени включения ключа 7(9), Для устранения этого в схему уст35 ройства введен блок 16 защиты (фиг,2), который обеспечивает также диагностирование отказавшей пары последовательно соединенных ключей моста.

С помощью датчиков 11-14 состояния ключей 7-10 и блока 16 (фиг.2) осуществляется процесс диагностирования алгоритма работы мостового преобразователя, который сводится к следующему.

Если замкнут ключ 8, то ключ 7 разомкнут, а ключи 9 и 10 находятся в . режиме противофазных переключений.

При изменении сигналов управления

Y (t) на Y< (t) ключ 10 переходит в статическое замкнутое положение, а ключ 9 — в статическое разомкнутое положение, т.е. в режим противофазной коммутации входят ключи 7 и 8.

Недопустимым (аварийным) считается состояние, когда одна из пар ключей 7, 8 или 9, 10, а также обе пары одновременн< находятся в замкнутом состоянии.

Предположим, что ключи усилителя мощности устройства функционируют правильно, а вид входных управляющих сигналов Y„(t) и Y (t) соответствует диаграммам на фиг,3, Тогда сигнал

Y„ (t) на выходе датчика 12 ключа 8 соответствует уровню "1", который подается на вход S триггера 35 (фиг,2) и на вход элемента ЗИЛИ 28.

На клемме выхода 21 блока 16 (фиг,1) формируется сигнал "Лог.1 что препятствует прохождению ложного импульса через элемент 6 в управляющую .цепь ключа 7, который функционирует в заданном статическом разомкнутом состоянии, Триггер 35 сохраняет свое нулевое состояние, так как сигнал на входе элемента 38 задержки и на выходе элемента 2ИЛИ 33 равен нулю.

Ключи 9 и 10 находятся в режиме противофазных переключений, когда на входы S и С триггера 35 в противофазе поступают сигналы 1 и "0".

Такой режим входных сигналов триггера 35 обеспечивает сохранение его нулевого состояния. Если ключ 10 замкнут, то на выходной клемме 24 блока 16 (на выходе блока ЗИЛИ 30) присутствует сигнал "Лог. 1", который запрещает прохождение сигнала через элемент 3, фиксируя тем самым ключ 9 в разомкнутом состоянии.

Когда ключ 9 замыкается, а ключ 10 размыкается, на клемме 25 блока 16 (на выходе элемента ЗИЛИ 31 появляется сигнал "1" запрета на прохождение управляющего импульса (или помехи) в цепь ключа 1И.

Тем самым, с помощью элементов

3-6 и 16 дублируется алгоритм работы трактов А,1 и Б,2 блока 26 и повыша.— ется надежность работы преобразователя.

Предположим, что ключ 8 находится в статически замкнутом состоянии и в результате своей неработоспособности в замкнутое положение перешел ключ 7.

В этом случае сигнал Y (t) на выи ходе датчика 11 .проводимости становится равным "1", что переводит триггер 36 в единичное состояние. При этом на всех выходных клеммах формируется уровень напряжения "1", Под действием сигналов на клеммах 21, 22, 24 и 25 блока 16 элементы 3-6

1295475 Ь закрываются, при этом исключается возможность прохождения во входные цепи ключей 7-10 импульсов управления, Ключи 8-10 размыкаются, препятствуя тем самым возникновению в преобразователе "кратной" неисправности, т.е. последующему выходу из строя ключа 8.

Под действме сигнала "Лог.1" на выходе 23 блока 16 срабатывает внешний элемент защиты устройства — управляемый выключатель 27, отключая источник силового напряжения от клеммы +V„, Триггер 36 сохраняет свое единичное состояние, а индикация с помощью светодиодного индикатора 42 указывает на неисправную левую пару ключей 7 и 8. В результате уменьшается время на поиск неисправности в схеме преобразователя, Отка- 20 зы в правой паре индицирует светодиод 4 1 после срабатывания триггера 35, При этом также блокируются цепи управления ключей 7-10 и преобразователь отключается внешним устройством защиты (выключателем 27) от источника силового напряжения.

После устранения неисправности возврат триггеров 36 и 35 в нулевое состояние происходит путем замыка- З0 ния нормально разомкнутого контакта переключателя 43, когда на входы С и R триггеров 35 и 36 подаются сигналы "1" (сигналы Y„ (t) = Y, (t)

= 7, (t) = 7,„ (t) = О), Схема блока

16 устанавливается в исходное (рабочее) состояние.

Элементы 37-4О задержки (фиг.2) введены в устройство по следующим причинам. 40

Датчики 11-13 проводимости (фиг. 1) независимо от их конкретной реализации обладают собственным порогом чувствительности С (фиг.4a). .При выключении, например, ключа 9 сигнал Y (t) "Лог.О" на выходе датчика 13 (фиг.4) формируется раньше, чем ключ 9 полностью разомкнется (фиг.4а, iz(t) — ток через ключ 9).

Ксли в течение времени at (фиг.4а,б) включится ключ 10, то через ключи

9 и 10 протекает "сквозной" ток, т.е. ток короткого замыкания, что может неблагоприятно сказаться на режимах работы ключей и надежности преобразователя.

С помощью элементов 37-40 (фиг.2), в частности эа счет блока 40, длительность сигнала Y, (t) (фиг.4б) увеличивается на время (фиг;4в). В течение времени т принудительно блокируется цепь управления ключа 10, который включается (фиг,4д) не синхронно с задним фрон-.ом сигнала на выходе блока (фиг.4г), а после окончания импульса Y (t) (фиг.48), когда ключ 9 а полностью перейдет в разомкнутое состояние.

Рассмотрим влияние неисправности элементов 3-6. Предположим, что один из них (например элемент 6) самопроизвольно установился в состояние

"1", Это воспринимается блоком 16 как неисправность ключа 7, что приводит к формированию на выходе элементов 3-5 сигнала "0", ключи 8-10 размыкаются, а внешняя защита отключает преобразователь от источника силового напряжения, :)

Аналогично схема ведет себя при самопроизвольной установке на выходах элементов блока 16 сигналов "1", так как в процессе работы устройства создается ситуация, эквивалентная аварии режиму работы преобразователя.

На схеме (фиг.5) в цепь ключа, например 9, включается первичная обмотка 47 импульсного трансформатора 46. Вторичная обмотка 48 соединена с входом регенеративного компаратора на операционном усилителе 52, на выходе которого включен транзистор 53. Дифференцирующая КС-цепь

50, 51 предназначена для установки усилителя 52 в исходное состояние при включении схемы устройства, Обмотка 49 служит для перемагничивания трансформатора 46. При протекании импульса тока в обмотке 47 компаратор 52 срабатывает и на выходе появляется сигнал "Лог.1".

На фиг.1 представлен один из возможных вариантов реализации датчика проводимости при его параллельном подключении к силовому ключу, где параллельно цепи ключа 9 через разделительный конденсатор 58 включается первичная обмотка 55 импульсного трансформатора 54. Вторичная обмотка

56 присоединена к генератору 59 вы сокой частоты„ Выходная вторичная обмотка 57 присоединена к выпрямительному мосту 60, к выходу которого подключены фильтрующий конденсатор

61 и элемент НЕ 62, 1, . 95 j

При замыкании ключа амплитуда генерации либо редько падает, либо генерация срывается, и на выходе элемента НЕ 62 появляется сигнал "1".

Прохождение управляющих сигналов блока 26 через элементы 3A!1PFТ 3 — 6 возможно только при наличии на выходах 21, 22, 24 и 25 блока 16 сигналов "Лог.О". При сигнале "1" на выходах 21, 22, 24 н 25 блока 16 выходное напряжение элементов 3-6 равно нулю независимо от уровня сигнала на их входе, подключенном к блоку

26 управления. Логические схемы защиты и диагностики объединены в блок

16. Передний фронт сигнала на выходе элементов 37-40 задержки (фиг.2) формируется синхронно с началом переднего фронта импульса на входах 1720 блока 16, а формирование задНего 20 фронта запаздывает на время по отношению к заднему фронту сигнала от датчиков 11-14 состояния ключей.

Переключение триггеров 35 и 36 в единичное состояние происходит при 25 нулевом значении сигнала íà R-входе и единичном уровне воздействия на

С- и S-входах. Обратное переключение триггеров 35 и 36 происходит за счет подачи на R- и С-входы сигнала "Лог. 30

1", а на вход S — сигнала "Лог.О".

Отсутствие сигнала "Лог.1" на С-входе запрещает переключение триггеров 35 и 36. Элементы 41 и 42 предназначены для индикации единичного состояния триггеров 35 и 36 и локализации тем самым места неисправности в мосте преобразователя.

Сигнал "Лог.1" на выходе элементов 28-34 формируется при наличии 40 хотя бы на одном из их входов сигнала "Лог. 1". Переключатель 43 с источником опорного напряжения, подключаемым к неподвижному контакту 45 (сигнал Лог.1 ), служит для перево- 45 да триггеров 35 и 36 в нулевое состояние.. Выход 23 блока 16 служит для отключения источника питания усилителя с помощью управляемого выключателя 27.

Формула изобретения

Устройство для защиты импульсного преобразователя мостового типа, со75 8 держащее управляемый выключа тель в пепи питания, а также по числу ключей в мосте преобразователя датчики состояния ключа и элементы ЗАПРЕТ, подключенные прямыми входами к соответствующим выходам блока управления ключами, а выходами — к управляющим входам соответствующих ключей, и первый элемент задержки, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей устройства путем обеспечения диагностирования отказавшей пары ключей в мосте преобразователя, в него введены второй, третий и четвертый элементы задержки, три элемента 2ИЛИ, четыре элемента ЗИЛИ, два триггера, два светодиодных индикатора и переключатель, первый неподвижный контакт которого соединен с общей шиной, второй неподвижный контакт — с источником опорного напряжения, а подвижный контакт — с входами сброса триггеров и с первыми входами первого и второго элементов 2ИЛИ, вторые входы которых подключены к выходам соответственно второго и.четвертого элементов задержки, вход каждого элемента задержки подключен к выходу соответствующего датчика состояния ключа, выходы элементов задержки подключены к первым входам соответствующего элемента ЗИЛИ, второй вход каждого из которых соединен с прямым выходом первого триггера, с первым входом третьего элемента 2ИЛИ и первым светодиодным индикатором, прямой выход второго триггера подключен к третьим входам элементов ЗИЛИ, второму входу третьего элемента 2ИЛИ и второму светодиодному индикатору, выходы с первого по четвертый элементов ЗИЛИ подключены к инверсным входам соответствующих элементов

ЗАПРЕТ, выход третьего элемента 2ИЛИ соединен с управляющим входом управляемого выключателя, единичные входы первого и второго триггеров подключены к выходам соответственно третьего и первого элементов задержки, а входы синхронизации — к выходам первого и второго элементов 2ИЛИ соответственно.

129 5475 (е!

cj чае. Г

Ät б о

Ä1" г g

N.в е 0 ю.9

«п. 10

3 g

1295475

Составитель B.Èâàíîâ

Техред В.Кадар

Редактор И.Николайчук

Корректор В.Бутяга

Заказ 624/59

Тираж 619 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул, Проектная, 4